הייצור שלפרובנדיוםהוא תסביךתהליך מתכותשמתחיל בחילוץ שלונדיוםמעפרות ראשוניות או משאבים משניים. הכי חשובחוֹמֵר גֶלֶםהואונדיום-טיטניום מגנטיט (VTM), סוג שלעפרות ברזלנמצא במרבצים גדולים בסין (אזור פאנשי), רוסיה (קצ'קנאר), דרום אפריקה וארצות הברית. VTM מכיל בדרך כלל 0.3-1.5% V₂O₅, יחד עם טיטניום וברזל. לאחר הכרייה, העפרה עוברתהטבה(ריסוק, שחיקה, הפרדה מגנטית) לייצור אלְהִתְרַכֵּזשאחר כך נמס ב-aתנור פיצוץלייצרברזל חזיר נושא ונדיום. במהלך ייצור פלדה, הונדיום מתחמצן ומועבר לתוך הסיגים ונדיום- תוצר לוואי המכיל 8-20% V₂O₅ - המשמש כחומר הזנה העיקרי עבור רובפרובנדיוםצמחים ברחבי העולם. מקורות אחרים כולליםזרזים מושקעיםמהתעשייה הפטרוכימית,אפר מעופףמתחנות כוח, ופחם אבן(פצלי פחמן בדרגה נמוכה עשיר בונדיום) שייחודי לסין.
טיפול מקדים ב-Venadium Slag
לפני ההיתוך,סיגים ונדיוםחייב להיותקָלוּיעם מלחי נתרן (נתרן קרבונט או נתרן סולפט) ב-800-900 מעלות כדי להמיר תחמוצות ונדיום לונדאטים נתרן מסיסים במים. המוצר הקלוי הוא אזנשטףעם מים חמים או חומצה מדוללת (חומצה גופרתית) למיצויונדיום פנטאוקסיד (V₂O₅)אוֹונדיום טריאוקסיד (V₂O₃). זֶההידרומטלורגיתהמסלול מניב תחמוצת ונדיום מטוהרת עם יותר מ-98% טוהר, המהווה את המבשר לכל תהליכי ההפחתה התרמית. לְחִלוּפִין,שטיפה ישירהשל סיגים גולמיים באמצעות חומצות חזקות מפותח כדי להפחית את צריכת האנרגיה, אם כי הוא מייצר כמויות גדולות יותר של שפכים חומציים.
שלושה תהליכי התכה עיקריים
(1) הפחתה אלומינותרמית– זוהי השיטה הדומיננטית להפקהפרובנדיום בדרגה גבוהה(FeV80 וכמה FeV60). בזהאקסותרמיתתגובה, תערובת שלV₂O₅ , אבקת אלומיניום(או גרגירים),גרוטאות ברזל(או סיבובי פלדה), וסִיד(CaO) כשטף נדלק ב-aכור היתוך נחושת מקורר במיםאו אתנור בעל ריפוד עקשן. התגובה מתקיימת מעצמה:
3V₂O₅ + 10Al → 6V + 5Al₂O₃ (ΔH=–2,500 kJ/mol)
החום המשתחרר מעלה את הטמפרטורה מעל 2,000 מעלות, וממיס את שניהםונדיוםואתסִיג(בעיקר Al₂O₃). לאחר הקירור, הפרובנדיוםמטיל מופרד מהסיגים, כתוש וגודל. תהליך זה משיג אשיעור התאוששות ונדיוםשל 95-97%, אבל הוא צורך כ-1.2 טון אלומיניום לטון FeV80, מה שהופך אותו לרגיש לעלות למחירי האלומיניום.אלקטרו-אלומנוטרמיגרסאות משתמשות בקשת חשמלית כדי לספק חום נוסף, משפרות את ההתאוששות ל-98% ומאפשרות שליטה טובה יותר שלפַּחמָןוסִילִיקוֹןזיהומים.
(2) הפחתה אלקטרו-סיליקותרמית– שיטה זו מועדפת עבורFeV50וFeV60ייצור כי הוא משתמש זול יותר75% פרוסיליקוןבתור הראשוניתמפחית, בתוספת כמות קטנה של אלומיניום (5-10% מסך המפחית). הפעולה מתבצעת בתנור קשת חשמלי בסיסיעם אבטנת מגנזיה-סיד. החיוב כוללV₂O₅ , סִיד, פלוספאר(כשטף), והמפחיתים. התהליך מתנהל בשני שלבים: ראשית, אצִמצוּםתקופה שבה רוב הונדיום מופחת והסגסוגת נוצרת; שנית, אזיקוקתקופה שבה עודף סיליקון מתחמצן על ידי הוספת עוד V₂O₅ או עפרת ברזל, התאמת הסופיתכולת סיליקוןכדי לעמוד במפרטי הציונים. ההתאוששות ונדיוםנע בין 90-94%, מעט נמוך מאלומינוטרמי, אבל העלות עיבודהוא 15-20% פחות בגלל מפחיתים זולים יותר. עם זאת, הצריכת חשמלהוא גבוה (כ-8,000-10,000 קילוואט-שעה לטון סגסוגת), וה-נפח סיגיםהוא גדול יותר (בסביבות 2 טון לטון FeV), מה שמוביל לעלויות פינוי פסולת גבוהות יותר.
(3) הפחתת פחמימות- זה משתמשחומרים פחמניים(קולה נפט, אנתרציט) כחומר המפחית בתנור קשת שקוע. זה פחות נפוץ כי פחמן נוטה להתמוסס לתוך הסגסוגת, מעלה אתתכולת פחמןמעל הגבולות המקובלים עבור רוב דרגות הפלדה. בכל זאת, להפקהFeV50-C(מה שמאפשר עד 5% C), מסלול זה יכול להיות חסכוני. התגובה מתרחשת ב-1,600-1,800 מעלות:
V₂O₅ + 5C → 2V + 5CO
רמת הפחמן הגבוהה מגבילה את היישום שלו, והתהליך משולב לעתים קרובות עםפירוק ואקוםלייצר מוצרים דלי פחמן, אם כי בעלות נוספת.
טכנולוגיות מתקדמות ושיפור איכות
החידושים האחרונים מתמקדים במְנַקֶהויעיל יותרהתכה.התכת פלזמהמשתמש בגז מיונן כדי להשיג טמפרטורות גבוהות במיוחד (גדולות מ-3,000 מעלות או שווה ל-3,000 מעלות) להפחתה מהירה, שיפור הפרודוקטיביות והפחתהלכידת סיגים. הסרת גז בוואקוםמוחל לאחר הקשה כדי להסיר גזים מומסים (מימן, חנקן) וזיהומים נדיפים, וייצורטומאה נמוכה במיוחד(סה"כ < 200 עמודים לדקה)פרובנדיום בטוהר גבוהליישומי תעופה וחלל.בקרת תהליכים אוטומטיתמערכות עוקבות אחר טמפרטורה, בסיסיות סיגים וקצב הזנת מפחית בזמן אמת, תוך מזעורהפרדת הרכבומבטיחאֲחִידוּתעל פני קבוצות. מחקר הראה שאופטימיזציהפרמטרי התכה– כגון יחס V₂O₅/Al, תוספת סיד וטמפרטורת הקשה – יכולים לדחוף אתהתאוששות ונדיוםליותר מ-98.5% תוך הפחתתעוצמת האנרגיהב-10-15%.
שיקולים סביבתיים
כל שלושת התהליכים מייצריםגזים עמוסי אבקוסיגים מוצקים. מפעלים מודרניים מעסיקיםמשקעים אלקטרוסטטייםומסנני שקיותכדי ללכוד חלקיקים עדינים, תוך כדימקרצפים רטוביםלהסיר דו תחמוצת הגופרית. הסיגים עשירים באלומינהמהפחתת אלונותרמית נמכרת לרוב לתעשיית המלט או משמשת כחומר עקשן. מאמצים למיחזורבילה סיגיםולהחזיר שאריות ונדיום מתעצמות, מתיישרות עם הגלובליתכלכלה מעגליתמטרות.
לסיכום, הבחירה שלמסלול ייצורתלוי בדרגת היעד, בזמינות חומרי הגלם המקומיים ובתקנות איכות הסביבה. המגמה הולכת לקראתתהליכים היברידייםהמשלבים את היעילות של הפחתת אלונותרמית עם יתרון העלות של מסלולים סיליקותרמיים, תוך אימוץדיגיטליזציהוכימיה ירוקהעקרונות.